Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ существующих способов компостирования отходов животноводства 10
1.1. Состав навоза и его физико-механические свойства 10
1.2 Физико-механические свойства навоза 17
1.3 Содержание животных на глубокой подстилке 19
1.4 Микробиологические основы компостирования отходов животноводства 27
1.5 Технологии производства компостов 33
1.6 Основные направления развития средств механизации компостирования отходов животноводства 50
1.7 Выводы. Цель и задачи исследования 59
ГЛАВА 2 Теоретическое обоснование основных закономерностей распределения воздуха в аэраторе 61
2.1 Исследование процесса распределения воздушного потока в воздуходувных трубах биоферментатора 62
2.2 Теоретические исследования процесса распределения воздушного потока в объеме биоферментатора 67
2.3 Теоретические исследования воздушного потока 69
2.4 Выводы. Задачи экспериментальных исследований 83
ГЛАВА 3 Программа и методика экспериментальных исследований 84
3.1 Программа экспериментальных исследований 84
3.2 Методика исследования физико-механических свойств компостируемых материалов 85
3.3 Исследование процесса распределения воздуха в воздуходувных трубах 90
3.4 Исследование процесса распределения содержания кислорода в камере биоферментации 104
3.5 Исследование процесса биоферментации навоза глубокой подстилки на лабораторной экспериментальной установке 106
3.6 Многофакторный эксперимент по определению удельных энергозатрат 111
ГЛАВА 4 Результаты экспериментальных исследований и их aнaлиз 115
4.1 Результаты исследования процесса распределения воздушного потока в воздуховодных трубах биоферментатора 115
4.2 Результаты экспериментальных исследований содержания кислорода в компостируемой массе камеры биоферментации 125
4.3 Результаты многофакторного анализа энергоемкости процесса биоферментации 127
4.4 Моделирование параметров аэратора на основе нейронных сетей... 132
4.5 Выводы 138
ГЛАВА 5 Экономическая эффективность технологического процесса приготовления компостов в биоферментаторе 140
5.1 Производственная проверка и внедрение 140
5.2 Экономическая оценка результатов исследований 143
5.3 Выводы 156
Общие выводы 157
Список использованной литературы 158
Приложения 178
- Микробиологические основы компостирования отходов животноводства
- Исследование процесса распределения воздушного потока в воздуходувных трубах биоферментатора
- Методика исследования физико-механических свойств компостируемых материалов
- Результаты исследования процесса распределения воздушного потока в воздуховодных трубах биоферментатора
Введение к работе
Основным направлением в механизации животноводства и основной
стратегией фундаментальных исследований инженерной науки является
разработка таких машин, таких технологий и новейших технологических
процессов, которые бы позволили товаропроизводителю получать более
дешевую и качественную продукцию. Исходя из отмеченного, разработка
новейших машинных технологий и современных технических средств -
главное стратегическое направление инженерной науки в начале нового века.
[1]
Получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур возможно
только при совместном использовании органических и минеральных
удобрений. Использование органических удобрений способствует
улучшению плодородия почв, что очень важно в районах с низким
содержанием перегноя. Практика показывает, что количество гумуса в почве
постепенно снижается, если применять только минеральные удобрения.
Кроме того, органические удобрения способствуют закреплению в' почве
таких вредных веществ для живого организма, как радиоактивный стронций
и тяжелые металлы. Это закрепление не дает возможности растениям
поглощать указанные вредные вещества. Органические удобрения также
способствуют очищению почвы от гербицидов и пестицидов. К
органическим удобрениям относятся навоз, торф, озерный и
канализационный ил, стебли и корневая система растений, солома, опилки и
др. [2] Наиболее распространенным органическим удобрением является
навоз. Внесение навоза в почву в исходном виде обеспечивает лишь гниение,
в результате которого образуются вещества с низкой устойчивостью, и
наносит вред окружающей среде, оцениваемый в 500-900 тыс. руб./т навоза.
Основными причинами этого являются:
1. Сложность существующих технологий уборки навоза из помещений и его утилизации, предусматривающих длительное, 6 и более месяцев хранение в естественном виде, что приводит к значительным затратам на
сооружение площадок или навозохранилищ, к потерям питательных элементов и органики (от 15 до 50%), к загрязнению окружающей среды вредными газами, подъемных вод-нитритами и нитратами. Применяемые способы механизации удаления навоза из помещений не обеспечивают чистку стойл, растил подстилки, которые выполняются ручным способом.
Отсутствие эффективных технологий и технических средств для обеззараживания навоза от гельминтов, болезнетворных микроорганизмов и семян сорных растений, вследствие чего навоз используется в качестве удобрения без соблюдения требований к его подготовке.
При внесении полужидкого, жидкого навоза, особенно навозных стоков, происходит фильтрация жидкой фракции, насыщенной нитритами, нитратами и другими вредными компонентами, в грунтовые воды, что является причиной ограниченного их использования в системах орошения.
4. Из-за низкой концентрации в навозе полезных компонентов
(питательных элементов) и органики, технологии его утилизации сопряжены
с выполнением больших объемов работ, приводящих особенно к росту
транспортных операций. Кроме этого при выполнении операции внесения
навоза в почву из-за применения большегрузных мобильных транспортных
средств происходит уплотнение почвы, разрушение ее структуры,
приводящее в конечном итоге к снижению не менее чем на 10% урожайности
культур.
5. При обосновании технологий и технических средств для уборки и подготовки навоза к использованию не в полной мере учитываются природно-климатические условия и качественные характеристики навоза. По этой причине неоправданно широкое применение получили гидравлические системы уборки навоза с последующей биологической его обработкой.
6. Выпускаемые технические средства для уборки и подготовки навоза к использованию имеют низкие технико-экономические и эксплуатационные показатели, а потребность в них удовлетворяется не более чем на 50%.[3]
7 Исходя из того, что навоз и навозные стоки в животноводстве являются отходами при производстве основной продукции, считать основной задачей утилизации полное возвращение продуктов переработки навоза в виде органических удобрений в окружающую среду с целью многостороннего положительного воздействия на все агрономические важные функции почвы и вовлечения в хозяйственно-биологический круговорот элементов минерального питания и органического вещества, отчуждаемых с урожаем, без нанесения ей какого-либо экологического ущерба.
Технологии утилизации навоза необходимо интенсифицировать по следующим направлениям:
- полная механизация всех операций от внесения подстилки, уборки
стойл и удаления навоза из животноводческих помещений до его
переработки и складирования;
блочная автоматизация (автоматизированные системы, роботы, машины «интеллектуального» действия для удаления навоза автоматизированные линии для его переработки и складирования);
ускоренная биоконверсия навоза по новейшим методикам на современном оборудовании.
При этом должна обеспечиваться экологическая чистота, как производства, таки самого продукта.[4,5]
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Совершенствование процесса распространения воздушного потока в воздуходувных трубах и обоснование основных параметров аэратора.
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Технологический процесс
приготовления органических удобрений и устройство подачи воздуха в компостную смесь.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. В качестве основных методик использовались: методика системных исследований, логика научных исследований, теория планирования эксперимента, методы физического и математического моделирования, математического анализа, математическое
8 прогнозирование с использованием нейронных сетей. На этой основе были разработаны частные методики экспериментальных исследований аэратора компостной смеси.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА.
разработана и обоснована новая конструкция аэратора компостной смеси;
теоретически обоснованы размеры слоя компостной смеси и пара метры аэрирующего воздуха в биоферментаторе;
установлена оптимальная высота слоя компостной смеси в биоферментаторе;
- исследован процесс биоферментации, установлены закономерности
изменения интенсивности биотермических процессов от свойств и состава
компостных смесей;
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Практическую значимость имеют:
конструктивная схема устройства аэратора компостной смеси для производства органических удобрений;
обоснованные конструктивно-режимные параметры аэратора компостной смеси;
исходные технические требования на аэратор компостной смеси для технологического процесса производства органических удобрений;
решение о выдаче патента на изобретение. Заявка № 2007121245/12(023126);
- решение о выдаче патента на полезную модель. Заявка № 2008109394/11(010172).
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Результаты
исследований процесса биоферментации компостных смесей и предложенная
конструкция аэратора приняты к внедрению в СПХК «Маяк Ленина»
Сампурского района, Тамбовской обл.; методические материалы по анализу
процесса биоферментации компостных смесей используются в учебном
9 процессе кафедры «Механизация сельского хозяйства» Тамбовского государственного технического университета.
АІТРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-методической конференции, посвященной 160-летию со дня рождения профессора П.А. Костычева г. Рязань, ФГОУ ВПО РГСХА, 2005 г., Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы развития аграрного сектора региона» г. Курск, КГСХА, 2006 г., международной научно-практической конференции «Мировой опыт и перспективы развития сельского хозяйства » г. Воронеж, ФГОУ ВПО ВГАУ, 2008 г, научно-практической конференции «Роль науки в повышении устойчивости функционирования АПК Тамбовской области» МичГАУ 17-18 ноября 2004 года., Наукоград РФ Мичуринск, 2004.; международной научно-практической конференции 15-16 ноября 2007 г. «Перспективные технологии и технические средства в АПК», Мичуринск - наукоград РФ, 2008.
ПУБЛШСАПИЯ. Материалы диссертации отражены в 13 печатных работах и 4 из них в центральной печати (ВАК). Общий объем публикаций составляет 2,26 п.л., из которых 1,12 п.л. принадлежит лично соискателю.
НА ЗАЩИТУ выносятся следующие НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ: Конструктивно-технологическая схема аэратора компостной смеси, Математическое обоснование распределения воздуха в трубах биоферментатора,
Результаты экспериментальных исследований основных параметров аэратора,
Технико-экономическая оценка предложенной технологии.
Микробиологические основы компостирования отходов животноводства
Одной из наиболее удачных технологий является групповое содержание свиней в ангарах на глубокой подстилке. Технология пришла из Японии и примеїіяется в различных странах и климатических зонах для откорма свиней, холостых и супоросных свиноматок и даже подсосных свиноматок с приплодом (рисунок 1.1). Суть технологии заключается содержании свиней крупными однородными группами на глубокой несменяемой подстилке, кормлении вволю сухими сбалансированными комбикормами при свободном доступе к воде и использовании естественной вентиляции для регулирования микроклимата. 1-рулон сена, 2- ванна, 3- поилка, 4- кормушка, 5- ангар. Рисунок 1.1-Помещения для содержания свиней на глубокой подстилке Обычно размеры ангаров составляют 9-11 м в ширину и 18-33 м в длину. Такой ангар вмещает 250-270 голов свиней на откорме. В стенах предусмотрены вентиляционные проемы, которые в холодный период закрываются деревянными щитами. В торцах ангара находятся тентовые ворота, поднимающиеся и опускающиеся с помощью системы блоков. У одной из сторон ангара имеется бетонированная площадка с бункерной самокормушкой и поилками. Кормушка обеспечивает свободный доступ свиней к рассыпчатым или гранулированным комбикормам. Чтобы у животных не возникало агрессии, на одно кормоместо (0,3 м кормушки) должно приходиться не более 8-10 свиней. Животное должно иметь возможность стоять в естественной для кормления позе. Для поения обычно используются две поилки термосного тина с четырьмя отверстиями и возможностью подогрева воды в зимнее время. Они устанавливаются в разных местах по возможности ближе к кормушке, но не должны мешать движению погрузчиков. Другая часть ангара представляет собой бетонированную ванну заполненной подстилкой. Наиболее часто используемый подстилочный материал — солома злаковых культур (люцерна или клевера), но можно применять и опилки, древесные стружки, шелуху семян подсолнечника и другие органические материалы с высокой влагопоглотительной способностью. Подстилочный материал первоначально размещается слоем до 0,2м, и по мере увлажнения подстилки его постепенно добавляют. В местностях с высокой нормой осадков и плохим дренированием почвы необходимо повышать уровень площадки, на которой строится ангар. Просачивание воды из насыщенной почвы в подстилку может привести к перерасходу подстилочного материала.
Процесс компостирования смеси подстилки с навозом будет удерживать температуру массы на уровне не менее 15 С даже зимой. В более глубоких слоях температура может достигать 40 С. При использовании достаточного количества соломы тепло от компостируемого субстрата греет свиней, когда они зарываются в солому. Солома работает как изоляционный материал, поэтому нужно использовать достаточное ее количество, чтобы свиньям было комфортно. Для создания комфортных условии важно контролировать движение воздуха и состояние подстилки. Правильная регулировка торцовых частей свинарника и боковых стен будет предотвращать сквозняки. Свиньи могут выдерживать низки: температуры (до - 40С) при условии, что в помещении нет сквозняков. На практике расчетное количество соломы составляет около 1 кг на свинью в день. [34,35]
ВНИИМЖ провел исследования по использованию глубокой подстилке для свиней. Самой эффективной оказалась первая технология: поголовье содержится на глубокой не сменяемой в течение трех циклов подстилке. Продолжительность расчетного цикла доращивания и откорма 113 дней. Для разбрасывания подстилки в помещении высотой не менее 3,5 м необходимы трактор МТЗ-82К с модернизированным ПРТ—7 и грейферный погрузчик. Сменяется подстилка раз в год, во время внесения органических удобрений на поля. Для устройства ложа животных необходима бетонированная ванна, заполненная подстилочным материалом на период откорма (100 дней) из расчета 1 кг наголову в сутки. Решающие факторами содержания свиней на глубокой подстилке - это уменьшение затрат на оборудование для уборки и переработки навоза более чем в б раз, на тепло и воздухообмен (количество тепла, выделяемое подстилкой, позволяет поддерживать температуру в помещении зимой на 10-15С выше, чем за пределами здания), а также снижение потерь аммиачного азота как минимум вдвое. [36,37,38]
В ОАО «Память Кирова» Кирсановского района Тамбовской области введены в строй два свинарника-ангара с металлическим каркасом и тентовым покрытием (размер - 11,6 х 33,6 м, высота - 4,7 м) при содержании животных на глубокой подстилке (рисунок 1.2) и кормлении сухими комбикормами, разработанными Тамбовским филиалом ВИЖа.
Каждый ангар рассчитан на получение за один цикл 25 опоросов и выращивание полученного молодняка до реализационных кондиций. В ангаре имеется кормовой стол (самокормушка под сухие комбикорма с кормовым фронтом 20 м) и автопоилка.
Была проведена оценка этой технологии за один полный цикл производства свинины от рождения и до реализации молодняка (205 дней). Велись наблюдения за микроклиматом в помещении и температурой наружного воздуха, поведением животных, ростом и физиологическим состоянием молодняка. Данные сравнивались с показателями в капитальном широкогабаритном (104 х 27 м) помещении и ОНТП-2-85. Из таблицы 1.8 видно, что в свинарнике-ангаре среднесуточный прирост молодняка за весь период выращивания был выше на 99 г, технологический отход на 11,8% меньше, а себестоимость 1 ц. прироста в 2 раза ниже, чем в капитальном широкогабаритном помещении. При изучении структуры себестоимости продукции установлено снижение затрат на энергоресурсы, зарплату, обслуживание оборудования и ветеринарные препараты.
Исследование процесса распределения воздушного потока в воздуходувных трубах биоферментатора
На основе анализа вышеперечисленных технологических и технических решений оборудования и технологий можно сделать следующие выводы: 1. Существующие технологии и технические средства переработки навоза имеют ряд существенных недостатков, отрицательно влияющих на технологические, экономические и экологические показатели системы утилизации отходов животноводства. 2. Анализ методов обработки навоза позволяет сделать вывод в пользу микробиологических методов. Данный способ обеспечивает производство экологически безопасных, биологически активных удобрений, наиболее полно отвечающих физико-механическим, санитарно-гигиеническим и агрохимическим требованиям. 3. Традиционным способом приготовления компостов из смесей навоза с различными влагопоглощающими материалами является укладка и выдерживание смесей в буртах на открытых площадках и закрытых площадках. Органическое удобрение, получаемое таким способом, имеет низкое качество, сроки созревания от 6 месяцев до 3-х лет. 4.Разработанные патентные решения и технологии проведения интенсивной биоферментации предусматривают смешение компонентов и закладку их в биоферментаторе, представляющий собой здание, в основании которого забетонированы перфорированные трубы, по которым в массу компоста поступает воздух. Процесс подготовки происходит при повышенной температуре в течение 5-7 суток. Такие устройства имеют и недостатки: из—за постоянного засорения аэрационных труб воздушный поток поступает в массу неравномерно или же вообще не поступает и имеют высокую металлоемкость и энергозатраты; при одинаковых диаметрах воздуховодных отверстий воздушный поток поступает в компостируемую массу неравномерно.
Цель исследований: Распределение воздушного потока в трубах биоферментатора и обоснование конструктивно-режимных параметров биоферментатора компостной смеси, применяемого для проведения ускоренной микробиологической переработки навоза глубокой подстилки, с получением высококачественных органических удобрений.
Для достижения поставленной цели необходимо реализовать следующие задачи: - теоретически обосновать параметры диаметров воздуходувных отверстий в трубах биоферментатора; - исследовать физико-механические свойства навоза глубокой подстилки; - исследовать процесс биоферментации навоза глубокой подстилки; - обосновать конструкцию и режимы работы биоферментатора навоза глубокой подстилки; - провести производственную проверку биоферментатора и определить экономическую эффективность его использования. Широкому распространению методов ускоренного производства компостов в аэрируемых биореакторах препятствуют высокая стоимость биоферментационных установок, несовершенство их конструкции, отсутствие доступных методов управления процессом компостирования. Сложившаяся ситуация объясняется, на наш взгляд, недостаточной степенью изученности биоферментационного процесса и недооценкой всего комплекса факторов, влияющих на него.
Вряд ли кто-нибудь будет оспаривать микробиологическую природу процесса компостирования. Но большинство исследователей-микробиологов ограничивается в своих работах лишь изучением количественного и качественного состава микрофлоры в компостируемой массе и влиянием на ее развитие минеральных добавок. Другие исследователи моделировали процесс компостирования в лабораторных условиях с целью изучения развития микрофлоры на различных субстратах. Однако и их модель отражала "пассивное" компостирование с длительностью процесса более трех месяцев.
В зарубежной литературе также не нашли должного освещения вопросы, касающиеся процессов распределения воздуха в биоферментационных установках. Остается предположить, что либо данные исследования - собственность фирм-производителей биореакторов, либо строительство установок ведется на основании немногочисленных экспериментальных исследований. Последнее обстоятельство, на наш взгляд, может объяснитьц успешную работу биореакторов только в теплом климате или при дополнительном обогреве установок.
Для интенсификации процесса биоферментации органического сырья, позволяющего сократить продолжительность процесса и увеличить производительность установки, необходимо создание оптимальных условий культивирования микроорганизмов в органическом сырье. Установлено, что этого можно добиться путём более тонкого управления процессом аэрации, регулируя содержание кислорода в смеси в зависимости от параметров, характеризующих процессы, происходящие в исходном сырье под воздействием аэрации.[138]
Отсутствие комплексного подхода к проблеме компостирования оставляет открытыми вопросы влияния различных факторов на процессы биоферментационного разложения и активного управления этими процессами. Цель наших исследований - познание основных закономерностей распределения воздуха в биоферментаторе.
Методика исследования физико-механических свойств компостируемых материалов
Определение влажности навоза глубокой подстилки проводили в соответствии с ГОСТ 26712—85[155,156,157], методика проведения опытов была следующей.
На дно вымытого и просушенного эксикатора помещают осушитель. Пришлифованные края эксикатора смазывали тонким слоем вазелина. Сушильный шкаф (ТШ-902) включали в электросеть, установив контактный термометр на температуру 110С. Шкаф ТШ-902 (рисунок 3.5) применяется для сушки растительной продукции. В его состав входят сушильная камера 1, ИК-излучатели 2 (3 шт), расположенные по ярусам камеры, между которыми имеются противни для продукции; датчики температуры, соединенные с регулятором температуры 3. Бюксы просушивали в сушильном шкафу в течение 60 минут и помещали для полного охлаждения в эксикатор на 10-20 минут. Из эксикатора извлекали две чистые просушенные металлические бюксы и взвешивали с погрешностью не более 0,01 г на электронных весах. Продукт, выделенный из средней пробы для определения влажности, тщательно перемешивали, встряхивали емкости, отбирали совком из разных мест и помещали в каждую взвешенную бюксу навеску продукта массой (500 +0,1)г, после чего бюксы закрывали крышками и ставили в сушильный шкаф. При достижении в камере сушильного шкафа температуры 130С отключали термометр и разогревали шкаф до 140С. Затем включали термометр и быстро помещали открытые бюксы с навесками продукта в шкаф, устанавливая бюксы на снятые с них крышки. Продукт высушивали в течение 40 мин, считая с момента восстановления температуры 130С. По окончании высушивания бюксы с продуктом вынимали из шкафа тигельными щипцами, закрывали крышками и переносили в эксикатор для полного охлаждения, примерно на 20 минут (но не более 2 часов). Охлажденные бюксы взвешивали на весах ВЛ - 500 (рисунок 3.6) и помещали в эксикатор до окончания обработки результатов анализа.[158] Скорость движения воздуха в данном объеме (например, в производственных помещениях) характеризуется изменениями во времени и в пространстве окружающего воздуха как по величине, так и по направлению. Перемещения воздушных масс в таких помещениях в той или иной мере не контролируемы, поскольку они вызваны не только истечением воздушного потока или забора воздуха через воздухораздающие устройства, но и конвективными течениями, возникающими при передвижениях рабочих, тележек, стеллажей, ящиков, при открывании дверей, изменении периода года и тому подобное. В результате распределение скоростей приобретает особо сложный характер, и представить его можно только статической моделью. Многочисленные эксперименты показали, что в большинстве случаев скорость колеблется около средней величины, характеризуемой разбросом, который может быть представлен нормальным распределением, описываемым с помощью уравнения Гаусса-Лапласа. Существует два способа получения результатов измерений. В течение отрезка времени продолжительностью, например, около 200 секунд выполняют примерно 500 замеров мгновенной скорости движения воздушного потока в определенной точке помещения. Находится среднеарифметическое значение скорости и среднеквадратичное отклонение, а затем находится скорость движения воздушного потока по закону Гаусса-Лапласа. В методе, который называют частотно-временным (случайной выборки), с помощью самопишущего прибора или интерполирующего прибора фиксируют, в течение какого времени (в процентах от общего времени измерений) скорость воздуха превышает некоторую наперед заданную величину. Строится вероятная шкала распределения скорости воздуха в помещении с учетом выбранного закона и кривая вероятности нормального распределения (кривая Гаусса) и определяется скорость. Используемые для измерения пульсации скорости приборы должны иметь определенные характеристики, в частности, высокое быстродействие, температурную компенсацию, определение изменений не только величины, но и направления скорости распространения воздушного потока. Кроме того, датчик температуры должен иметь постоянную времени ниже 2- х секунд и удовлетворять требованиям так называемого закона синуса (угол падения, под которым воздушная струя будет набегать на приемную поверхность датчика прибора) в двух возможных направлениях потока. Временной интервал измерений должен составлять не менее 200секунд, а в случае существенных изменений скорости, то есть когда разность замеров, выполненных в одном месте помещения, превышает 10%, этот интервал может составлять 400 секунд. Вследствие того, что характеристики исследуемой пользуемых скорости могут сильно отличаться, результаты измерений нередко могут иметь значительные расхождения. В настоящее время используют не все представленные методы замеров расхода воздуха в воздухораздающих устройствах. В основном применяют метод локального измерения и метод измерительного раструба. Это объясняется тем, что остальные методы очень трудоемки в период проведения измерений и анализов замера или требуют очень дорогостоящую аппаратуру. Методика определения расхода воздуха из воздуходувных отверстий составлена согласно ГОСТ 12.3.0118.-79 «Методы аэродинамических испытаний» [ 159,160,161 ]
Результаты исследования процесса распределения воздушного потока в воздуховодных трубах биоферментатора
На рисунке 3.25 представлена структурная схема управления установкой, которая состоит из прибора-задатчика МПР-51, магнитного пускателя МП1, который включает вентиляторы с помощью датчиков температуры и влажности, тепловые электрические нагреватели.
Значения температуры задается путем программирования прибора задатчика МПР-51. Прибор управляет магнитным пускателем, на который запитаны вентиляторы, тэны подключены непосредственно к прибору через реле Р1 иР2 .
Схема работает следующим образом: в соответствии с заданным технологическим процессом прибор-задатчик МПР51 программируется на срабатывание магнитного пускателя МП1 и реле Р1 и Р2, с помощью которых в автоматическом режиме происходит включение нагревателей и вентиляторов. Данные для прибора поступают с датчиков, которые расположены внутри камеры биоферментации.
В результате работы схемы (рисунок 3.25) температура в камере поддерживается на заданном уровне путем включения и выключения вентилятора и нагревателей.
Температура и влажность в приборе МПР—51 измеряется с помощью термопреобразователей сопротивления. Использовались медные датчики
Работа таких датчиков основана на температурной зависимости электрического сопротивления металлов. Датчик выполнен в виде катушки из тонкой медной или платиновой проволоки на каркасе из изоляционного материала, заключенной в защитную гильзу. В приборе МПР51 используется трехпроводная схема подключения термопреобразователей сопротивления. Такая схема при соблюдении условия равенства сопротивления всех трех проводов, (если провода одного сечения, то равенства их длины) позволяет скомпенсировать сопротивление соединительных проводов.
В приборе МПР-51 предусмотрены регуляторы, которые могут работать как "холодильник" и "нагреватель". Нагревателем условно называют устройство, при включении которого увеличивается значение измеряемого параметра. Холодильником называют устройство, при включении которого уменьшается значение измеряемого параметра.
Регуляторы осуществляют регулирование измеряемой величины по ПИД-закону. На выходе регулятора вырабатывается управляющий сигнал Г, действие которого направлено на уменьшение отклонения текущего значения контролируемой величины от заданного. Величина выходного сигнала вычисляется, исходя из рассогласования, которое равно разности Густ (заданного значения - уставки) и Гизм (измеренного значения), а также из установленных в приборе значений ПИД-коэффициентов. [163]
Эксперимент проводился следующим образом: свиной навоз влажностью 45...65% закладывался в камеру биоферментации. Далее в смесь помещаются три датчика температуры от многоканального измерителя температуры МПР-51 4 на глубину 500 мм от поверхности. Начальная температура в массе компостной смеси равна или несколько больше температуры наружного воздуха Г„=20 С. При включении МПР-51 происходит включение обоих вентиляторов, т.к. реле прибора запрограммировано на постоянную работу до того момента, пока в камере биоферментации не достигнет температура, равная 50С. Одновременно с включением вентиляторов подается питание на тэны 7 для уменьшения времени нагрева компостируемой массы. При работе вентиляторов воздушный поток поступает через воздуховодное трубы 2 и через отверстия в слой исследуемого материала. В присутствии кислорода воздуха в массе компостной смеси происходят микробиологические процессы, сопровождающиеся выделением теплоты, вследствие чего температура материала поднимается до 75...86 С, а затем из-за недостатка кислорода процесс затухает, и температура плавно снижается. При понижении или повышении температуры до 50 С реле срабатывает и вентиляторы отключаются.
Относительная погрешность прибора МПР-51 составляет ± 0,5%, погрешность преобразующего элемента — термометра сопротивления составляет ± 2%. Прибор обеспечивает измерение температуры в диапазоне от -20 до +150С с разрешением 0,02С и погрешностью ± 0,5С.[163]
В качестве критерия оптимизации процесса был выбран " удельный расход электроэнергии". Он является основным показателем эффективности биоферментационной установки, хорошо регулируется, имеет четкую область определения. [164]
Выбор факторов, влияющих на производительность установки, проводился на основании проведенного нами анализа теоретических вопросов и результатов ранних исследований. Очевидно, что к числу таких факторов относится: влажность навоза, расход воздуха, количество навоза, загружаемого в камеру биоферментации, время компостирования, а также конструктивные особенности установки.
